JP3966128B2

JP3966128B2 - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP3966128B2
Application number: JP2002258339A
Authority: JP
Inventors: 雅之黒木; 雅之鐵野; 誠治三好
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2002-09-04
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2022-09-04
Also published as: JP2004092607A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン等の燃焼手段から排出される排気ガスからＮＯｘ（窒素酸化物）を除去するための排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
排気ガス中のＮＯｘを低減する方法として、排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気ガス再循環（ＥＧＲ）制御や点火時期を遅角させる点火時期制御等のＮＯｘ量制御手段による方法のほかに、排気ガス中の酸素濃度が高い状態で排気ガス中のＮＯｘを吸着し、排気ガス中の酸素濃度が低くなると吸着していたＮＯｘを放出するＮＯｘ吸着触媒などのＮＯｘ浄化手段による方法が知られている。
【０００３】
このうち、ＮＯｘ吸着触媒などのＮＯｘ浄化手段には、ＮＯｘ吸着量に限界があり、ＮＯｘ浄化手段が飽和量までＮＯｘを吸着すると、エンジンをリーンバーンによる運転状態から、理論空燃比近傍での運転状態に移行する等して排気ガス中の酸素濃度を低下させ、ＮＯｘ浄化手段からＮＯｘを放出させるとともに、これを還元して浄化する処理が行われるとともに、ＮＯｘ浄化手段の下流側に設けられたＮＯｘセンサによって下流側のＮＯｘ量を検出し、この検出結果に基づいて、ＮＯｘ浄化手段の劣化状態を診断する装置が知られている（特開２０００−３３７１３１）。
【０００４】
しかし、理論空燃比近傍の酸素濃度の領域では、ＮＯｘセンサに設けられたＮＯｘを検出する検出素子を保護するための金属カバーに含まれる金属が、触媒として作用し、検出すべきＮＯｘを排気ガス中に含まれるＣＯ、Ｈ２、ＨＣ等の還元剤と反応させてしまい、上記検出素子に到達するＮＯｘが減少すること等により、ＮＯｘセンサによるＮＯｘ検出の精度が低下し、延いては上記浄化手段の劣化や故障といった機能状態の診断の精度が低下するという問題があった。
【０００５】
上記問題を解消するため、本出願人らは、上記ＮＯｘセンサによりＮＯｘ浄化手段の劣化を診断する場合には、ＮＯｘ検出の精度が高い、理論空燃比よりもリッチ状態の空燃比へ移行させて劣化診断を実施する排気浄化装置を提案している（特願２００２−１７３９８４号参照）。
【０００６】
しかし、上記提案によれば、吸着したＮＯｘを放出するため、リーンバーンによる運転状態から、上記劣化診断のための酸素濃度領域へ移行する際、ＮＯｘ検出の精度が低下する理論空燃比近傍での運転状態を経由するため、この運転状態においてＮＯｘの検出精度が低下し、その結果、上記劣化診断の精度が低下することとなり、この点でさらなる改善が要求されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような状況においてなされたものであり、ＮＯｘ浄化装置の機能状態を、精度良く診断することが出来る排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第１の構成による排気浄化装置は、所定の運転領域でリーンバーン運転が行なわれる燃焼手段と、該燃焼手段の排気ガス通路に配置され、リーンバーン運転による排気ガス中の酸素濃度が高い状態で排気ガス中のＮＯｘを吸着し、該酸素濃度が低い状態になると吸着していたＮＯｘを放出するＮＯｘ吸着触媒と、該ＮＯｘ吸着触媒の下流側に配置され、上記排気ガス中のＮＯｘを検出する検出素子と該検出素子を覆う金属製のカバーからなるＮＯｘセンサと、該ＮＯｘセンサの出力値に基づいて、上記ＮＯｘ吸着触媒の機能状態を診断する診断手段と、を備えた排気浄化装置であって、上記ＮＯｘ吸着触媒の下流側で、上記ＮＯｘセンサに到達する排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、上記ＮＯｘセンサの出力値に基いて上記ＮＯｘ吸着触媒のＮＯｘ吸着量を推定するＮＯｘ吸着量推定手段と、上記リーンバーン運転時に上記ＮＯｘ吸着量推定手段によって推定されたＮＯｘ吸着量が所定量に達すると、上記排気ガス中の酸素濃度を０％に減少するように制御する酸素濃度制御手段とを備え、上記ＮＯｘ吸着触媒の機能状態は、上記酸素濃度制御手段によって上記排気ガス中の酸素濃度が０％に減少するように制御され、且つ上記酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度が上記金属製のカバーの有する触媒能によって上記ＮＯｘセンサの出力値に誤差を生ずる上記所定範囲外にある時の上記ＮＯｘセンサの出力値に基づいて診断されるものである。
【０００９】
上記構成によれば、ＮＯｘ吸着触媒からＮＯｘを放出させるとともに、劣化等の機能状態を診断するため、エンジンをリーンバーンによる運転状態から、劣化診断のための酸素濃度領域へ移行させる際、ＮＯｘセンサによるＮＯｘ検出の精度が低下する理論空燃比近傍の酸素濃度が所定範囲内にある時のＮＯｘセンサの出力値は用いず、ＮＯｘ検出の精度が高い上記所定範囲外のＮＯｘセンサの出力値に基づいて、上記ＮＯｘ吸着触媒の劣化などの機能状態が診断されることとなるので、ＮＯｘ吸着触媒の機能状態を、精度良く診断することが出来る。
【００１０】
本発明の第２の構成による排気浄化装置は、上記酸素濃度制御手段は、上記リーンバーン運転時に上記ＮＯｘ吸着量推定手段によって推定されたＮＯｘ吸着量が所定量に達したとき、上記排気ガス中の酸素濃度を０％に減少するように所定期間制御し、上記所定期間中の上記酸素濃度検出手段の出力値のうちの上記所定範囲外の出力値と同一タイミングで検出された上記ＮＯｘセンサの出力値に基いて上記ＮＯｘ吸着触媒の機能状態が診断されるものである。
【００１１】
上記構成によれば、ＮＯｘ吸着触媒の機能状態を、簡単な制御で、精度良く診断することが出来る。
【００１２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ＮＯｘ浄化装置の機能状態を、精度良く診断することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、添付図面に基づいて説明する。
【００１４】
エンジンシステム１００は、本発明に係る実施形態の排気浄化装置を備えたエンジンシステムの概略構成図である図１に示されるように、燃焼手段であるエンジン本体１を備えている。このエンジンシステムでは、所定の運転状態で、空燃比が１４．７より高く設定されるリーンバーン運転が行なわれる。エンジン本体１は、複数の気筒２（１本のみを図示する）と、この気筒２内に往復動可能に配置されたピストン３とを備え、気筒２とピストン３とによって燃焼室４が形成されている。燃焼室４の上部には、点火回路５に接続された点火プラグ６が燃焼室４に臨むように取付けられ、さらに、燃焼室４に燃料を直接噴射するインジェクタ７が取り付けられている。
【００１５】
このインジェクタ７には、高圧燃料ポンプ、プレッシャレギュレータ等を有する燃料供給回路が接続されている。この燃料供給回路によって燃料タンクからの燃料が適正な圧力に調整されてインジェクタ７に供給される。また、燃料供給回路には、燃料圧力を検出する燃圧センサ８が取付けられている。
【００１６】
燃焼室４は、吸気弁９が設けられた吸気ポートを介して吸気通路１０に連通している。この吸気通路１０には、その上流側から順に、吸気を濾過するエアクリーナ１１と、吸入空気量を検出するエアフローメータ１２と、吸気通路１０を絞る電気式スロットル弁１３と、サージタンク１４とが設けられている。電気式スロットル弁１３は、モータ１５により開閉駆動されるように構成されている。さらに、電気式スロットル弁１３の近傍には、その開度を検出するスロットル開度センサ１６が配置され、また、サージタンク１４には、吸気圧を検出する吸気圧センサ１７が取付けられている。
【００１７】
吸気通路１０は、サージタンク１４より下流の部分が、気筒毎に分岐した独立通路とされている。各独立通路の下流端部は、２つに分割され、それぞれが同一気筒の吸気ポートに連結され、その一方にスワール弁１８が設けられている。このスワール弁１８は、アクチュエータ１９によって駆動される。スワール弁１８が閉じると、吸気は他方の分岐通路のみから燃焼室４に供給され、燃焼室４内に強い吸気スワールが生成される。また、スワール弁１８の近傍には、スワール弁１８の開度を検出するスワール弁開度センサ２０が設けられている。
【００１８】
燃焼室４には、排気弁２１が設けられた排気ポートを介して排気通路２２が接続され、各気筒からの排気通路２２は下流側で合流している。合流した排気通路２２には、上流側から順に、排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸着触媒２５と、ＮＯｘセンサ２６と、ＮＯｘセンサ２６取付け部の排気ガス中の酸素濃度を検出する、例えば酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）のような酸素濃度検出手段２４が設けられている。なお、酸素濃度検出手段２４は、直接、酸素濃度を検出する酸素濃度センサにかえて、各種検出信号から酸素濃度を推定するものであっても良い。
【００１９】
このうち、ＮＯｘ吸着触媒２５は、リーンバーン運転などの排気ガス中の酸素濃度が高い状態でＮＯｘを吸着し、酸素濃度が低い状態になると吸着していたＮＯｘを放出するＮＯｘ吸着材と、ＮＯｘ吸着材から放出されたＮＯｘを還元浄化させる触媒金属（貴金属）とを備えたＮＯｘ吸収還元タイプのＮＯｘトラップ触媒である。
【００２０】
また、ＮＯｘ吸着触媒は、コージェライト製のハニカム構造の担体を備え、この担体に形成された各貫通孔の壁面には、内側触媒層がコーティングされ、内側触媒層上に外側触媒層がコーティングされている。
【００２１】
ＮＯｘ吸収機能を備える内側触媒層では、白金等の貴金属とＢａ等のＮＯｘ吸収材とが、多孔質材料であるアルミナ、セリア等のサポート材に担持されている。また、ＮＯｘ還元機能を備える外側触媒層には、白金、ロジウム等の触媒金属と、場合によっては、Ｂａ等のＮＯｘ吸収材とが、多孔質材料であるゼオライト等のサポート材に担持されている。
【００２２】
このＮＯｘ吸着触媒２５のＮＯｘ吸着量には限界がある。本実施形態によれば、ＮＯｘセンサ２６による排気ガス中のＮＯｘ検出値が所定のしきい値を越えると、ＮＯｘ吸着触媒２５のＮＯｘ吸着が飽和に達したと判定し、排気ガス中の酸素濃度を低下させＮＯｘ吸着材からＮＯｘを放出させる酸素濃度制御手段による処理（リッチスパイク処理）を行うように構成されている。
【００２３】
ＮＯｘセンサ２６は、本発明に係る実施形態のＮＯｘセンサの構成を示す断面図である、図２に示されるように、第１カバー２６ａおよび第２カバー２６ｂに覆われた検出素子２６ｃを備えている。検出素子２６ｃは、排気ガス中のＮＯｘ濃度に応じた出力を生じさせる。第１カバー２６ａと第２カバー２６ｂは、検出素子を熱衝撃、排気ガス中の不純物から保護する機能を有し、Ｆｅ等を含む金属で構成されている。また、第１カバー２６ａと第２カバー２６ｂとのそれぞれには、相互にオフセットした開口部２６ｄ、２６ｅが形成され、矢印Ａで示されるように、検出素子２６ｃに排気ガスが導入されるように構成されている。
【００２４】
そして、Ｆｅ等を含む金属で作られたカバーを備えたＮＯｘセンサ２６では、本発明に係る同一のＮＯｘ濃度における、酸素濃度とＮＯｘセンサの出力値との関係を示す図である、図４に示されるように、排気ガス中のＮＯｘ濃度が同一であっても、酸素濃度が所定範囲内にある時には、排気ガス中にあるＮＯｘと還元剤であるＨＣ等が反応し、Ｎ２やＯ２に化学変化するため、ＮＯｘセンサ２６の出力値が変動する。
【００２５】
ＮＯｘセンサの出力値は、酸素濃度が０％（空燃比１４．０程度の場合の排気ガスに相当）ないし０．６％（空燃比１４．８程度の場合の排気ガスに相当）の間で低下しており、酸素濃度０．４％（空燃比１４．６程度の排気ガスに相当）近傍で最も低くなる。
【００２６】
排気通路２２には、排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ通路２７の上流端が、ＮＯｘ吸着触媒２５の上流側位置に接続されている。ＥＧＲ通路２７の下流端は、スロットル弁１３とサージタンク１４との間で吸気通路１０に接続されている。また、ＥＧＲ通路２７には、開度が電気的に調整可能であるＥＧＲ弁２８と、ＥＧＲ弁２８のリフト量を検出するリフトセンサ２９とが設けられ、これらにより排気還流手段が構成されている。
【００２７】
更に、排気通路２２には、吸気の一部を、吸気通路１０からＮＯｘ吸着触媒２５の上流側位置に送り込む２次エア供給通路３０が接続されている。この２次エア供給通路３０には、制御可能な流量調整弁３１が設けられている。
【００２８】
エンジンシステム１００は、さらに、システム全体の制御を行うＥＣＵ（電子制御ユニット）３２を備えている。このＥＣＵ３２には、エアフローセンサ１２、スロットル開度センサ１６、吸気圧センサ１７、スワール制御弁開度センサ２０、酸素濃度センサ２４、ＥＧＲ弁２８のリフトセンサ２９からの信号が入力される。ＥＣＵ３２には、さらに、エンジン本体１の冷却水温度を検出する水温センサ３３、吸気温度を検出する吸気温度センサ３４、大気圧を検出する大気圧センサ３５、エンジン回転数を検出する回転数センサ３６、および、アクセルペダルの開度（アクセル操作量）を検出するアクセル開度センサ３７からの信号等も入力される。
【００２９】
ＥＣＵ３２は、エンジンの運転状態に応じてインジェクタ７から噴射される燃料の噴射状態を制御する燃料噴射制御、点火プラグ６による混合気の点火時期を制御する点火時期制御、ＮＯｘ吸着触媒２５のＮＯｘ吸着量が所定量に達すると排気ガス中の酸素濃度を制御して、ＮＯｘ吸着触媒２５からＮＯｘを放出させる酸素濃度制御手段の一つであるリッチスパイク制御、このリッチスパイク時のＮＯｘ放出状態からＮＯｘ吸着触媒２５の劣化度合いを診断する劣化診断制御等を行う。
【００３０】
燃料噴射制御では、エンジンの運転状態に応じて燃料噴射を制御するように構成されている。本実施形態では、低負荷低回転から中回転中負荷の運転領域では、インジェクタ７から圧縮行程の所定時期に燃料を一括噴射して点火プラグ６の近傍に混合気を偏在させた状態で燃焼させ、燃焼室４内における混合気の空燃比を３０．０程度のリーン状態とする成層燃焼モード用の燃焼制御が実行される。また、この成層燃焼モードの領域より高負荷側の領域では、吸気行程と圧縮行程との２回の燃料噴射で理論空燃比付近の空燃比とした燃焼モード用の燃焼制御が実行される。さらに、高負荷高回転の運転領域では、インジェクタ７から吸気行程で燃料を一括噴射させ燃焼室４内の空燃比をリッチ状態とした均一燃焼モード用の燃焼制御が行われる。
【００３１】
リーン状態の燃焼で発生するＮＯｘは、下流側に設けられたＮＯｘ吸着触媒２５によって吸着される。本実施形態では、ＮＯｘセンサ２６の出力信号に基づいて、ＮＯｘ吸着触媒２５のＮＯｘ吸着量を推定し、ＮＯｘ吸着触媒２５のＮＯｘ吸着が飽和したと判断されると、空燃比を、例えば１３．０ないし１４．０とすることによって、排気ガス中の酸素濃度を、０％に減少させ、ＮＯｘ吸着触媒２５からＮＯｘを放出させる制御（リッチスパイク制御）を行う。さらに、このときのＮＯｘセンサ２６からの出力信号に基づいて、ＮＯｘ吸着触媒２５の劣化判定を併せて行う。本実施形態では、ＮＯｘ吸着触媒２５が劣化していたと診断されたとき、これを乗員に知らせる警告灯等を含む表示手段４１が設けられている。
【００３２】
次に、ＮＯｘ吸着触媒２５の劣化診断制御の前提となるリッチスパイク処理の際、ＥＣＵ３２で行われるエンジン制御の処理を、本発明に係る実施形態によるリッチスパイク処理の処理内容を示すフローチャートである図３に沿って説明する。この制御は、上述した燃焼状態のうち、リーンバーンによる燃焼において行われる。
【００３３】
まず、ステップＳ１において、エアフローセンサ１２、酸素濃度検出手段２４、ＮＯｘセンサ２６、水温センサ３３、吸気温センサ３４、大気圧センサ３５、回転数センサ３６およびアクセル開度センサ３７等の信号が入力される。
【００３４】
次いで、ステップＳ２で、ＮＯｘセンサ２６の出力値ＮＯｘｅｘが、所定のしきい値ＮＯｘｅｘｏより大きいか否かが判定される。このしきい値ＮＯｘｅｘｏは、ＮＯｘ吸着触媒２５のＮＯｘ吸着量が飽和しているか否かを判定するための値である。ステップＳ２でＹＥＳのときには、ＮＯｘ吸着触媒２５が飽和量までＮＯｘを吸着しており、ＮＯｘを放出させる処理を行う必要があることを示しているので、ＮＯｘを放出させるリッチスパイク処理を開始する。
【００３５】
まず、ステップＳ３に進みタイマの値Ｔに１を加えた後、ステップＳ４へ進み、スロットルバルブ開度Ｔｖをリッチスパイク制御用のスロットルバルブ開度Ｔｖλに設定する。リッチスパイク制御では、リッチ状態での燃焼とし、排気ガス中の酸素濃度を低下させる制御であるので、リッチスパイク制御用のスロットルバルブ開度Ｔｖλは、リーンバーンによる燃焼時より小さい値となる。
【００３６】
次いで、ステップＳ５で、リッチスパイク制御用のスロットルバルブ開度Ｔｖλとなるようにスロットル弁を駆動させる。ステップＳ６で、タイマの値ＴがＴ１未満であるか否かが判定される。タイマの値ＴがＴ１未満であるときには、ステップＳ７に進み、リッチスパイク用の燃料噴射量、燃料噴射時期、点火タイミングが設定される。本実施形態では、リッチスパイク制御時には、燃料を吸気行程と圧縮行程の２回に分けて噴射する分割噴射が行われる。従って、燃料噴射量として、吸気行程での噴射量Ｑλｓ１と、圧縮行程での噴射量Ｑλｓ２が設定される。また、燃料噴射時期として、吸気行程での噴射時期Ｉλｓ１と、圧縮行程での噴射時期Ｉλｓ２が設定される。さらに、点火時期として、θλｓが設定される。
【００３７】
このとき、本実施形態では、空燃比が１３．０ないし１４．０になるように、１サイクル当たりの総噴射量すなわち噴射量Ｑλ１とＱλ２との和が設定される。また、Ｑλ１とＱλ２とは等しい値に設定されるのが好ましい。この空燃比が１３．０ないし１４．０であれば排気ガス中の酸素濃度は０％程度になる。
【００３８】
次いで、ステップＳ８に進み、ステップＳ７で設定された燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期に基づいて、燃料噴射、点火が実行される。この結果、リーンバーンであった燃焼がリッチ側の燃焼に移行し、排気ガス中の酸素濃度が大きく低下する。この結果、ＮＯｘ吸着触媒２５からＮＯｘが放出される。後述するように、本実施形態では、このＮＯｘ放出状態に基づいて、ＮＯｘ吸着触媒２５の劣化診断が行われる。
【００３９】
一方、ステップＳ６でＮＯ、即ち、ステップＳ７、ステップＳ８の処理が所定期間Ｔ１中、継続されていたときには、ＮＯｘ吸着触媒２５に吸着されていたＮＯｘは、放出されたものとして、リッチスパイク処理を終了させ、リーンバーンの運転状態とするため、ステップＳ１５に進み、タイマの値Ｔをリセットした後、ステップＳ１２に進み、スロットルバルブ開度Ｔｖをリーンバーン用のスロットルバルブ開度Ｔｖに設定し、ステップＳ１３で、設定されたスロットルバルブ開度Ｔｖに基づいてスロットルバルブを駆動させる。
【００４０】
次いで、ステップＳ１４に進み、リーンバーン用の燃料噴射量Ｑ、燃料噴射時期Ｉ、点火タイミングθが設定される。尚、本実施形態では、リーンバーン制御時には、圧縮行程での一括噴射で成層リーン燃焼が行われるものとしているが、各々の燃料噴射量Ｑ１、Ｑ２、各々の燃料噴射時期Ｉ１、Ｉ２の分割噴射としても良い。
【００４１】
次いで、ステップＳ８に進み、ステップＳ１４で設定された燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期に基づいて、燃料噴射、点火が実行される。
【００４２】
一方、ステップＳ２でＮＯのときには、ステップＳ１１に進み、タイマがカウント中であるか否かを判定し、ＹＥＳのときには、リッチスパイク処理が実行中であるとしてステップＳ３に進む。
【００４３】
ステップＳ１１でＮＯのときには、ＮＯｘ吸着触媒２５が飽和量までＮＯｘを吸着していないため、ＮＯｘを放出させる処理を行う必要がないうえ、リッチスパイク処理も実行中でないとして、ステップＳ１２に進み、上述したリーンバーンの運転状態とするための処理であるステップＳ１２、ステップＳ１３、ステップＳ１４、ステップＳ８の各処理が継続される。
【００４４】
以上のように、本発明に係る実施形態による、排気ガス中の酸素濃度と、ＮＯｘ吸着触媒からのＮＯｘ放出量の関係を示すタイムチャートである図５に示されるように、リーンバーンの運転中に、ＮＯｘセンサ２６の出力値がＮＯｘｅｘｏを越えたことによって、ＮＯｘ吸着触媒２５のＮＯｘ吸着量が飽和量に達したと判定されると（図５（ｄ））、所定期間Ｔ１の間は、空燃比を１３．０ないし１４．０の値に設定する制御が行われる（図５（ａ））。
【００４５】
次に、ＥＣＵ３２で行われるＮＯｘ吸着触媒２５の劣化診断の内容を、本発明に係る実施形態によるＮＯｘ吸着触媒の劣化診断の処理内容を示すフローチャートである図６に沿って説明する。
【００４６】
まず、ステップＳ２１において、上述した図３に示されるエンジン制御の処理により、リッチスパイク処理中にカウントされるタイマＴが、カウント中であるか否かを判定し、ＹＥＳのときには、リッチスパイク処理が実行中であるとしてステップＳ２２に進み、ＮＯｘセンサ２６の出力値ＮＯｘｅｘを、その時のタイマ値Ｔｉに対応する出力値ＮＯｘｅｘ（ｉ）として記憶した後、ステップＳ２３に進み、酸素濃度センサ２４の出力値Ｏ２ｅｘも同様に、その時のタイマ値Ｔｉに対応する出力値Ｏ２ｅｘ（ｉ）として記憶し、リターンする。
【００４７】
ステップＳ２１でＮＯ、即ち、タイマＴがカウント中でないときには、ステップＳ２４に進み、前回の処理において、タイマＴが、カウント中であったか判定し、ＹＥＳのときには、リッチスパイク処理の終了直後であるとしてステップＳ２５へ進み、以降のＮＯｘ吸着触媒２５の劣化診断処理がおこなわれ、ＮＯのときには、リッチスパイク処理の終了直後ではないとして、リターンする。
【００４８】
ステップＳ２１でＮＯ、かつステップＳ２４でＹＥＳであるときには、リッチスパイク処理の終了直後であるとして、ステップＳ２５に進み、タイマＴがカウント中にステップＳ２３において記憶された、例えばｎ個の酸素濃度センサ２４の出力値Ｏ２ｅｘ（１）、Ｏ２ｅｘ（２）、Ｏ２ｅｘ（３）、・・・・、Ｏ２ｅｘ（ｎ）のなかから、Ｏ２ｅｘｏ１≧Ｏ２ｅｘ（ｉ）、又はＯ２ｅｘｏ２≦Ｏ２ｅｘ（ｉ）を満足する、例えばｍ個の酸素濃度センサ２４の出力値Ｏ２ｅｘ（２）、Ｏ２ｅｘ（５）、・・・・、Ｏ２ｅｘ（ｋ）が抽出される。
【００４９】
なお、上述の酸素濃度のしきい値Ｏ２ｅｘｏ１、Ｏ２ｅｘｏ２は、排気ガス中の酸素濃度が、ＮＯｘセンサ２６の金属カバーに含まれる金属による触媒作用を生じず、ＮＯｘセンサ２６の出力値が精度の高いものであるか否かを判定するためのもので、図４に示されるように、例えば、酸素濃度のしきい値Ｏ２ｅｘｏ１は、０．２％、好ましくは０．１％、より好ましくは０％に設定され、しきい値Ｏ２ｅｘｏ２は、０．５％、好ましくは０．６％に設定される。
【００５０】
次いで、ステップＳ２６に進み、ステップＳ２２において記憶されたｎ個のＮＯｘセンサ２６の出力値ＮＯｘｅｘ（１）、ＮＯｘｅｘ（２）、ＮＯｘｅｘ（３）、・・・・、ＮＯｘｅｘ（ｎ）のなかから、ステップＳ２５で抽出されたＯ２ｅｘ（２）、Ｏ２ｅｘ（５）、・・・・、Ｏ２ｅｘ（ｋ）と同一のタイミングで検出され、記憶されたｍ個のＮＯｘｅｘ（２）、ＮＯｘｅｘ（５）、・・・・、ＮＯｘｅｘ（ｋ）が抽出された後、加算され、積算値ΣＮＯｘｅｘ（２、５、・・、ｋ）が算出される。
【００５１】
そして、ステップＳ２７で、ステップＳ２６において算出された積算値ΣＮＯｘｅｘ（２、５、・・、ｋ）が、その抽出個数ｍによって割り算されて平均化され、その平均化処理された値Ｄが、ステップＳ２８において、ＮＯｘ吸着触媒２５の劣化判定用しきい値である所定値αと比較される。
【００５２】
なお、劣化判定用しきい値である上述の所定値αは、ＮＯｘ吸着触媒２５からのＮＯｘの放出状態が排気ガスの流量等の影響を受けることより、運転状態に応じて設定されることとしてもよく、例えば、エンジン負荷に対応する充填率Ｃｅまたはエンジン回転数Ｎｅが大きいほど、大きな値とされてもよい。
【００５３】
ステップＳ２８で、ＹＥＳのときには、ＮＯｘ吸着触媒２５が劣化していると診断され、ステップＳ２９に進み、警告灯などの表示手段４１による警告が行われ処理を終了する。
【００５４】
また、ステップＳ２８でＮＯのときには、ＮＯｘ吸着触媒２５は劣化していないと診断され、ＮＯｘｅｘ、Ｏ２ｅｘ、Ｄ等の記憶されていた値がクリアされ、リターンされる。
【００５５】
以上のように、リーンバーンの運転中に、ＮＯｘセンサ２６の出力値がＮＯｘｅｘｏを越え、ＮＯｘ吸着触媒２５に吸着されたＮＯｘを放出するリッチスパイク制御が実施されると、図５（ｃ）に示されるように、酸素濃度は低下を開始し、途中、ＮＯｘセンサの検出精度が低下するＯ２ｅｘｏ２からＯ２ｅｘｏ１、例えば、０．５％から０．２％の所定範囲内を通過する。この所定範囲内においては、本来、排気ガス中のＮＯｘは、図５（ｄ）の破線で示されるものであるのに対し、ＮＯｘセンサ２６の出力値は、図中、実線で示されるものとなる。
【００５６】
このため、図中、斜線で示されるＮＯｘセンサの検出精度が高い上記所定範囲外のＮＯｘセンサ出力値で、ＮＯｘ吸着触媒２５の機能状態の診断が行われる。
【００５７】
なお、上記実施形態では、排気ガス中の酸素濃度を制御する酸素濃度制御手段として、リッチスパイク制御により空燃比を変更して、排気ガス中の酸素濃度を低下させる構成であったが、他の手法、例えば、膨張行程における後噴射、スロットル弁開度制御等によって、排気ガス中の酸素濃度を低下させる構成でも良い。
【００５８】
また、上記劣化診断の結果に基づいて、リッチスパイク制御の期間、例えば、Ｔ１の終了時期を変更する制御を行うように構成しても良い。
【００５９】
さらに、ＮＯｘ吸着触媒の種類によっては、リッチスパイク時に上記実施形態のように空燃比を１３．０ないし１４．０に制御しても、制御開始後、ＮＯｘ吸着触媒の下流側の酸素濃度が所望の領域まで直ちに低下せず、ＮＯｘセンサの検出精度が低下する上記所定範囲内に留まる期間にばらつきが生じる場合がある。
【００６０】
このため、リッチスパイク制御が開始され、且つ、排気ガス中の酸素濃度が、上記所定範囲の下限値、例えば０．２％以下となったときをＴ１の起算時とし、且つ、この時点でタイマのカウントを開始するように構成しても良い。
【００６１】
以上のことより、排気ガス中の酸素濃度が所定範囲内にある時で、ＮＯｘセンサによる排気ガス中のＮＯｘ量の検出精度が低下する時の、ＮＯｘ吸着触媒の劣化や故障といった機能状態が、排気ガス中の酸素濃度が所定範囲外にある時で、ＮＯｘセンサの出力値がＮＯｘセンサの金属製カバーの影響を受けることがなく、ＮＯｘ量の検出精度が高い時のＮＯｘセンサの出力値に基づいて診断されるので、上記機能状態の診断の精度を向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態の排気浄化装置を備えたエンジンシステムの概略構成図。
【図２】本発明に係る実施形態のＮＯｘセンサの構成を示す断面図。
【図３】本発明に係る実施形態によるリッチスパイク処理の処理内容を示すフローチャート。
【図４】本発明に係る同一のＮＯｘ濃度における、酸素濃度とＮＯｘセンサの出力値との関係を示す図。
【図５】本発明に係る実施形態による排気ガス中の酸素濃度と、ＮＯｘ吸着触媒からのＮＯｘ放出量の関係を示すタイムチャート。
【図６】本発明に係る実施形態によるＮＯｘ吸着触媒の劣化診断の処理内容を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…エンジン本体（燃焼手段）
４…燃焼室
２２…排気ガス通路
２４…酸素濃度検出手段（酸素濃度センサ）
２５…ＮＯｘ吸着触媒
２６…ＮＯｘセンサ
２６ａ、２６ｂ…第１カバー、第２カバー（金属製のカバー）
２６ｃ…検出素子
３２…ＥＣＵ

Claims

所定の運転領域でリーンバーン運転が行なわれる燃焼手段と、
該燃焼手段の排気ガス通路に配置され、リーンバーン運転による排気ガス中の酸素濃度が高い状態で排気ガス中のＮＯｘを吸着し、該酸素濃度が低い状態になると吸着していたＮＯｘを放出するＮＯｘ吸着触媒と、
該ＮＯｘ吸着触媒の下流側に配置され、上記排気ガス中のＮＯｘを検出する検出素子と該検出素子を覆う金属製のカバーからなるＮＯｘセンサと、
該ＮＯｘセンサの出力値に基づいて、上記ＮＯｘ吸着触媒の機能状態を診断する診断手段と、を備えた排気浄化装置であって、
上記ＮＯｘ吸着触媒の下流側で、上記ＮＯｘセンサに到達する排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、
上記ＮＯｘセンサの出力値に基いて上記ＮＯｘ吸着触媒のＮＯｘ吸着量を推定するＮＯｘ吸着量推定手段と、
上記リーンバーン運転時に上記ＮＯｘ吸着量推定手段によって推定されたＮＯｘ吸着量が所定量に達すると、上記排気ガス中の酸素濃度を０％に減少するように制御する酸素濃度制御手段とを備え、
上記ＮＯｘ吸着触媒の機能状態は、上記酸素濃度制御手段によって上記排気ガス中の酸素濃度が０％に減少するように制御され、且つ上記酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度が上記金属製のカバーの有する触媒能によって上記ＮＯｘセンサの出力値に誤差を生ずる所定範囲外にある時の上記ＮＯｘセンサの出力値に基づいて診断される排気浄化装置。
上記酸素濃度制御手段は、上記リーンバーン運転時に上記ＮＯｘ吸着量推定手段によって推定されたＮＯｘ吸着量が所定量に達したとき、上記排気ガス中の酸素濃度を０％に減少するように所定期間制御し、
上記所定期間中の上記酸素濃度検出手段の出力値のうちの上記所定範囲外の出力値と同一タイミングで検出された上記ＮＯｘセンサの出力値に基いて上記ＮＯｘ吸着触媒の機能状態が診断される請求項１に記載の排気浄化装置。